(57)【要約】【課題】  小型であって真空中でも使用することが容易な静電容量型センサを走査させることにより、被測定物の位置測定を行う方法を提供する。【解決手段】  静電容量型センサ２をＸ方向、Ｙ方向に走査すると、（ｂ）に示すような静電容量型センサ２の出力の変化が得られる。静電容量型センサ２をＸ方向に走査したときに、最大の出力を与える点は、ターゲット３のＸ方向中心位置となる。同様、静電容量型センサ２をＹ方向に走査したときに、最大の出力を与える点は、ターゲット３のＹ方向中心位置となる。次に静電容量型センサ２の位置を、測定されたターゲット３の中心位置に移動し、この位置で静電容量型センサ２の出力を測定することにより、ターゲット３のＺ方向位置が分かる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に取り付けられたターゲットとの間の静電容量を、静電容量センサ及びターゲットを相対的に走査させて測定することにより、被測定物の位置を測定する方法であって、
前記ターゲットを予め決まった立体形状とし、前記静電容量センサと前記ターゲットとの相対的な位置と、前記静電容量の関係に基づいてＸ−Ｙ−Ｚ３次元空間において、前記被測定物のＸ−Ｙ２次元方向、又はＸ−Ｙ−Ｚ３次元方向の位置を測定することを特徴とする位置検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検出方法であって、前記ターゲットが少なくとも球面の一部を有することを特徴とする位置検出方法。
【請求項３】
請求項１に記載の位置検出方法であって、前記相対的な走査方向をＸ方向、Ｙ方向とするとき、前記ターゲットが、Ｘ方向、Ｙ方向に軸を有する楕円球面の一部を有することを特徴とする位置検出方法。
【請求項４】
請求項１に記載の位置検出方法であって、前記ターゲットがＺ軸に平行な軸を有する円柱の一部を有することを特徴とする位置検出方法。
【請求項５】
請求項１に記載の位置検出方法であって、前記相対的な走査方向をＸ方向、Ｙ方向とするとき、前記ターゲットが、Ｘ方向Ｙ方向に楕円の軸を有する楕円柱の一部を有することを特徴とする位置検出方法。
【請求項６】
被測定物に取り付けられたターゲットとの間の静電容量を、静電容量センサ及びターゲットを相対的に走査させて測定し、前記静電容量型センサと前記ターゲットとの相対的な位置と前記測定された静電容量の関係に基づいて、Ｘ−Ｙ−Ｚ３次元空間において、前記静電容量型センサの走査方向をＸ方向とするとき、前記被測定物のＸ方向の位置を測定する方法であって、被測定物の面がＸ−Ｙ平面に平行となるようにＹ方向を定めたとき、所定範囲のＹにおける前記ターゲットの表面のＸ方向断面における形状がＺ＝ｆ（Ｘ）で表されることを特徴とする位置検出方法。
【請求項７】
被測定物に取り付けられたターゲットとの間の静電容量を、静電容量センサ及びターゲットを相対的に走査させて測定し、前記静電容量型センサと前記ターゲットとの相対的な位置と前記測定された静電容量の関係に基づいて、Ｘ−Ｙ−Ｚ３次元空間において、前記静電容量型センサの走査方向をＸ方向、Ｙ方向とするとき、前記被測定物のＸ−Ｙ−Ｚ３次元方向の位置を測定する方法であって、所定範囲のＹにおける前記ターゲットの表面のＸ方向断面における形状がＺ＝ｆ（Ｘ）、所定範囲のＸにおける前記ターゲットの表面のＹ方向断面における形状がＺ＝ｇ（Ｙ）で表され、かつ、Ｚ方向位置が最大又は最小となる範囲がＸ−Ｙ平面に平行な平面で十分広くとられ、当該範囲の中心近傍において前記静電容量型センサを走査させても出力が変化しないようにされていることを特徴とする位置測定方法。
【請求項８】
前記ターゲットの形状が角錐台又は角柱であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の位置測定方法。
【請求項９】
前記関数Ｚ＝ｆ（Ｙ）、Ｚ＝ｇ（Ｘ）の一方が複数の凹凸を有することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の位置測定方法。
【請求項１０】
請求項６から請求項９のうちいずれか１項に記載の位置測定方法であって、前記被測定物のＸ方向又はY方向の位置を求める方法が、前記ターゲットの位置を測定する方向の断面を示す関数と、前記測定する方向の前記走査したときの出力との相互相関をとり、相互相関値が最大となる点に基づいて、前記被測定物の位置を定めるものであることを特徴とする位置測定方法。
【請求項１１】
被測定物に取り付けられたターゲットとの間の静電容量を、静電容量型センサを走査させて測定し、前記静電容量型センサの位置と前記測定された静電容量の関係に基づいて、Ｘ−Ｙ−Ｚ３次元空間において、前記静電容量型センサの走査方向をＸ方向、Ｙ方向とするとき、前記被測定物のＸ−Ｙ２次元方向の位置を測定する方法であって、前記ターゲットの表面のＸ方向断面における形状が、どのＸについても同じＹの値を中心とする線対称であり、かつ、Ｙ方向断面における形状が、どのＹについても同じＸの値を中心とする線対称であることを特徴とする位置検出方法。
【請求項１２】
被測定物に取り付けられたターゲットとの間の静電容量を、静電容量型センサを走査させて測定し、前記静電容量型センサの位置と前記測定された静電容量の関係に基づいて、Ｘ−Ｙ−Ｚ３次元空間において、前記静電容量型センサの走査方向をＸ方向、Ｙ方向とするとき、前記被測定物のＸ−Ｙ−Ｚ３次元方向の位置を測定する方法であって、前記ターゲットの表面のＸ方向断面における形状が、どのＸについても同じＹの値を中心とする線対称であり、かつ、Ｙ方向断面における形状が、どのＹについても同じＸの値を中心とする線対称であり、さらに、Ｚ方向位置が最大又は最小となる範囲がＸ−Ｙ平面に平行な平面で十分広くとられ、当該範囲の中心近傍において前記静電容量型センサを走査させても出力が変化しないようにされていることを特徴とする位置測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物に取り付けられたターゲットとの間の静電容量を測定し、測定された静電容量に基づいて前記被測定物の１次元、２次元又は３次元の位置を測定する位置測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静電容量型位置測定装置は周知のものであり、特に距離測定装置やレベル計として使用されている。その測定原理は、被測定物又はそれに設けられたターゲットを一つの電極、センサ側に設けられた電極を他の電極として、これらの電極間の静電容量が被測定物とセンサ間の距離に応じて変化すること、又は、センサ側に設けられた２つの電極間の静電容量が、被測定物とセンサ間の距離に応じて変化することを利用したものである。
【０００３】
しかしながら、このような静電容量型位置測定装置は、１次元方向の位置を測定するために用いられているのが一般的であった。すなわち、被測定物の表面が、センサ側の電極表面に対して十分大きなものとし、被測定物表面を無限大の平面と仮定して、このような平面との間の静電容量、又はこのような平面の影響を受けて変化する静電容量を測定し、それから被測定物の位置を測定していた。
【０００４】
一般に、物体の３次元方向位置を一つのセンサで検出することはできず、物体の３次元位置計測を行うには、それぞれの方向について距離測定装置を使用して測定するか、一つの方向については距離測定装置を使用して測定し、それと直角な２次元方向については、撮像装置で２次元的な位置を撮像し、画像処理により２次元方向の位置を求めることが行われていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように３次元の位置測定を行おうとすると、測定装置の数が増えて、狭い空間にセンサ部を収納できなくなる場合がある。特に、高度の真空中において被測定物の位置を３次元的に検出しようとすると、センサの構造上配置が困難である場合があり、又、配置が可能であったとしても、アウトガスの問題等から新たに隔壁を配置したりする必要等があり、構造が複雑になるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、小型であって真空中でも使用することが容易な静電容量型センサを走査させることにより、被測定物の１次元、２次元又は３次元方向の位置測定を行う方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための第１の手段は、被測定物に取り付けられたターゲットとの間の静電容量を、静電容量センサ及びターゲットを相対的に走査させて測定することにより、被測定物の位置を測定する方法であって、前記ターゲットを予め決まった立体形状とし、前記静電容量センサと前記ターゲットとの相対的な位置と、前記静電容量の関係に基づいてＸ−Ｙ−Ｚ３次元空間において、前記被測定物のＸ−Ｙ２次元方向、又はＸ−Ｙ−Ｚ３次元方向の位置を測定することを特徴とする位置検出方法（請求項１）である。
【０００８】
本手段においては、ターゲットが予め決まった立体形状であるため、静電容量センサとターゲットとを被測定物に沿って２次元的に相対的に走査することによって得られる静電容量値と前記立体形状とからターゲットの位置を特定することが可能であるため、被測定物のＸ−Ｙ方向の位置を測定することが可能である。また、ターゲットのＺ方向位置と静電容量型センサの出力の関係を予めキャリブレーションで求めておけば、静電容量センサの出力からターゲット、つまり、被測定物のＺ方向の位置を測定することが可能である。
【０００９】
前記課題を解決するための第２の手段は、第１の手段であって、前記ターゲットが少なくとも球面の一部を有することを特徴とする位置検出方法（請求項２）である。
【００１０】
本手段においては、静電容量型センサをＸ方向に走査し、その出力が最大又は最小になる位置（最大になるか最小になるかは、ターゲットのが凸形状か凹形状かにより異なる）を求めれば、それがターゲットのＸ方向中心位置となる。同様、静電容量型センサをＹ方向に走査し、その出力が最大又は最小になる位置を求めれば、それがターゲットのＹ方向中心位置となる。
【００１１】
よって、Ｘ方向、Ｙ方向に少なくとも１回の走査を行うだけで、ターゲットのＸ−Ｙ方向位置を求めることができる。そして、静電容量型センサの位置をターゲット中心に合わせてその出力を測定することにより、ターゲットのＺ方向位置を求めることができる。これにより、被測定物のＸ−Ｙ２次元方向、又はＸ−Ｙ−Ｚ３次元方向の位置測定が可能となる。なお、走査方向は必ずしも直交したＸ−Ｙ方向である必要はなく、走査による移動物体の位置、つまり、静電容量センサの位置及び／又は被測定物の位置（移動する物体の位置）を別の測定装置で測定すれば、ターゲットのＸ−Ｙ方向位置を求めることができる。また、本手段においては、球面を用いているため、短い距離のＸ方向走査、Ｙ方向走査で、ターゲットのＸ方向位置、Ｙ方向位置の測定が可能であるという特徴を有する。
【００１２】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段であって、前記相対的な走査方向をＸ方向、Ｙ方向とするとき、前記ターゲットが、Ｘ方向、Ｙ方向に軸を有する楕円球面の一部を有することを特徴とする位置検出方法（請求項３）である。
【００１３】
本手段においても、前記第２の手段と同様に、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれ少なくとも１回の走査で、楕円球のＸ方向、Ｙ方向の中心位置を求めることができるので、前記第２の手段と同様の作用効果を奏する。
【００１４】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段であって、前記ターゲットがＺ軸に平行な軸を有する円柱の一部を有することを特徴とする位置検出方法（請求項４）である。
【００１５】
本手段においては、静電容量型センサをＸ方向に走査すると、あるＸの値に対して線対称な出力が得られる。この対象中心がターゲットの中心のＸ座標である。同様、静電容量型センサをＹ方向に走査すると、あるＹの値に対して線対称な出力が得られる。この対象中心がターゲットの中心のＹ座標である。よって、Ｘ方向、Ｙ方向、それぞれ少なくとも１回の走査により、ターゲットのＸ方向中心、Ｙ方向中心を求めることができる。そして、この中心に静電容量型センサを位置させてその出力を測定することにより、ターゲットのＺ方向位置を求めることができる。本手段も第２の手段と同様に走査方向はＸ−Ｙの直交方向である必要は必ずしもなく、異なる方向であればよい。
【００１６】
これにより、被測定物のＸ−Ｙ２次元方向、又はＸ−Ｙ−Ｚ３次元方向の位置測定が可能となる。本手段においては、前記第２の手段、第３の手段と異なり、Ｘ，Ｙ方向中心位置でのターゲットの面が平面であるので、これをある程度広くとっておくことにより、Ｚ方向の位置測定精度を向上させることができる。
【００１７】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段であって、前記相対的な走査方向をＸ方向、Ｙ方向とするとき、前記ターゲットが、Ｘ方向Ｙ方向に楕円の軸を有する楕円柱の一部を有することを特徴とする位置検出方法（請求項５）である。
【００１８】
本手段においても、前記第４の手段と同様に、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれ少なくとも１回の走査で、楕円柱のＸ方向、Ｙ方向の中心位置を求めることができるので、前記第２の手段と同様の作用効果を奏する。
【００１９】
前記課題を解決するための第６の手段は、被測定物に取り付けられたターゲットとの間の静電容量を、静電容量センサ及びターゲットを相対的に走査させて測定し、前記静電容量型センサと前記ターゲットとの相対的な位置と前記測定された静電容量の関係に基づいて、Ｘ−Ｙ−Ｚ３次元空間において、前記静電容量型センサの走査方向をＸ方向とするとき、前記被測定物のＸ方向の位置を測定する方法であって、被測定物の面がＸ−Ｙ平面に平行となるようにＹ方向を定めたとき、所定範囲のＹにおける前記ターゲットの表面のＸ方向断面における形状がＺ＝ｆ（Ｘ）で表されることを特徴とする位置検出方法（請求項６）である。
【００２０】
本手段においては、Ｘ方向走査によって得られる出力は、静電容量型センサのＹ方向位置が変化してもそれによって変化することがない。よって、Ｘ方向走査は１回行えばよい。そして、予め、Ｘ方向走査を行ったときに得られる静電容量型センサ出力と、静電容量型センサの位置との関係を求めておけば、これに基づいて、ターゲットのＸ方向中心位置を求めることができる。従って、被測定物のＸ方向位置を求めることができる。
【００２１】
なお、前記ターゲットのＹ方向断面についても同様の条件が成り立つときは、上記説明のＸとＹを入れ替えて読めば、被測定物のＹ方向位置も同様にして求めることができる。よって、本手段は２次元位置計測、３次元位置計測の一つの要素として使用することができる。
【００２２】
前記課題を解決するための第７の手段は、被測定物に取り付けられたターゲットとの間の静電容量を、静電容量センサ及びターゲットを相対的に走査させて測定し、前記静電容量型センサと前記ターゲットとの相対的な位置と前記測定された静電容量の関係に基づいて、Ｘ−Ｙ−Ｚ３次元空間において、前記静電容量型センサの走査方向をＸ方向、Ｙ方向とするとき、前記被測定物のＸ−Ｙ−Ｚ３次元方向の位置を測定する方法であって、所定範囲のＹにおける前記ターゲットの表面のＸ方向断面における形状がＺ＝ｆ（Ｘ）、所定範囲のＸにおける前記ターゲットの表面のＹ方向断面における形状がＺ＝ｇ（Ｙ）で表され、かつ、Ｚ方向位置が最大又は最小となる範囲がＸ−Ｙ平面に平行な平面で十分広くとられ、当該範囲の中心近傍において前記静電容量型センサを走査させても出力が変化しないようにされていることを特徴とする位置測定方法（請求項７）である。
【００２３】
本手段において、ターゲットのＸ方向位置、Ｙ方向位置を求める方法は、前記第５の手段と同じである。ターゲットのＸ方向位置、Ｙ方向位置が求まれば、ターゲットのＺ方向位置が最大又は最小となる位置に静電容量型センサを位置させることができる。
【００２４】
この状態で静電容量型センサの出力を測定すれば、ターゲットのＺ方向位置を求めることができる。その際、Ｚ方向位置が最大又は最小となる範囲がＸ−Ｙ平面に平行な平面で十分広くとられ、その中心近傍範囲において前記静電容量型センサを走査させても出力が変化しないようにされているので、Ｚ方向位置測定を正確に行うことができる。
【００２５】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第６又は７の手段であって、前記ターゲットの形状が角錐台又は角柱であることを特徴とするもの（請求項８）である。
【００２６】
角錐台又は角柱は、単純な形状であり、前記第６又は第７の手段に用いるターゲットの形状として望ましい形状である。
【００２７】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第６の手段又は第７の手段であって、前記関数Ｚ＝ｆ（Ｙ）、Ｚ＝ｇ（Ｘ）の一方が、複数の凹凸を有することを特徴とするもの（請求項９）である。
【００２８】
本手段においては、関数Ｚ＝ｆ（Ｙ）、Ｚ＝ｇ（Ｘ）の一方が複数の凹凸を有するので、これら複数の凹凸に基づく静電容量型センサの出力を基にしてターゲットのＸ方向位置又はＹ方向位置を定めることができる。よって、Ｘ方向位置測定精度又はＹ方向位置測定精度を向上させることができる。
【００２９】
前記課題を解決するための第１０の手段は、前記第６から第９の手段であって、前記被測定物のＸ方向又はY方向の位置を求める方法が、前記ターゲットの位置を測定する方向の断面を示す関数と、前記測定する方向の前記走査したときの出力との相互相関をとり、相互相関値が最大となる点に基づいて、前記被測定物の位置を定めるものであることを特徴とする位置測定方法（請求項１０）である。
【００３０】
本手段においては、相互相関法によりＸ方向あるいはＹ方向位置を定めているので、ターゲットの形状と静電容量型センサの出力の形状とが正確に対応しない（例えば、静電容量型センサの出力がなまる）ことがあっても、正確にターゲットのＸ方向或いはＹ方向位置を定めることができ、従って、正確に被測定物のＸ方向或いはＹ方向位置を定めることができる。
【００３１】
前記課題を解決するための第１１の手段は、被測定物に取り付けられたターゲットとの間の静電容量を、静電容量型センサを走査させて測定し、前記静電容量型センサの位置と前記測定された静電容量の関係に基づいて、Ｘ−Ｙ−Ｚ３次元空間において、前記静電容量型センサの走査方向をＸ方向、Ｙ方向とするとき、前記被測定物のＸ−Ｙ２次元方向の位置を測定する方法であって、前記ターゲットの表面のＸ方向断面における形状が、どのＸについても同じＹの値を中心とする線対称であり、かつ、Ｙ方向断面における形状が、どのＹについても同じＸの値を中心とする線対称であることを特徴とする位置測定方法（請求項１１）である。
【００３２】
本手段においては、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向それぞれ１回ずつ静電容量型センサの走査を行う。その出力は、Ｘ軸方向走査の場合、Ｘのある値を中心として線対象になり、Ｙ軸方向走査の場合、Ｙのある値を中心として線対象になる。よって、それぞれ対象の中心となる値を求めることにより、ターゲットの中心のＸ方向位置、Ｙ方向位置が定まり、これから被測定物のＸ方向位置、Ｙ方向位置を求めることができる。
【００３３】
前記課題を解決するための第１２の手段は、被測定物に取り付けられたターゲットとの間の静電容量を、静電容量型センサを走査させて測定し、前記静電容量型センサの位置と前記測定された静電容量の関係に基づいて、Ｘ−Ｙ−Ｚ３次元空間において、前記静電容量型センサの走査方向をＸ方向、Ｙ方向とするとき、前記被測定物のＸ−Ｙ−Ｚ３次元方向の位置を測定する方法であって、前記ターゲットの表面のＸ方向断面における形状が、どのＸについても同じＹの値を中心とする線対称であり、かつ、Ｙ方向断面における形状が、どのＹについても同じＸの値を中心とする線対称であり、さらに、Ｚ方向位置が最大又は最小となる範囲がＸ−Ｙ平面に平行な平面で十分広くとられ、当該範囲の中心近傍において前記静電容量型センサを走査させても出力が変化しないようにされていることを特徴とする位置測定方法（請求項１２）である。
【００３４】
本手段において、ターゲットのＸ方向位置、Ｙ方向位置を求める方法は、前記第１１の方法と同じである。ターゲットのＸ方向位置、Ｙ方向位置が分かれば、そのＺ方向位置が最大又は最小となる位置に、静電容量型センサを位置させて、ターゲットのＺ方向位置を測定することができる。その際、Ｚ方向位置が最大又は最小となる範囲がＸ−Ｙ平面に平行な平面で十分広くとられているので、Ｚ軸方向位置を正確に測定することができる。これにより、被測定物のＸ、Ｙ、Ｚ３次元方向位置を正確に求めることができる。
【発明の効果】
【００３５】
以上説明したように、本発明によれば、小型であって真空中でも使用することが容易な静電容量型センサ及びターゲットを相対的に走査させることにより、被測定物の１次元、２次元又は３次元方向の位置測定を行う方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、被測定物１の位置を、静電容量型センサ２を走査することにより検出する方法の１例を示す図である。被測定物１には、ターゲット３が設けられ、このターゲット３の位置を静電容量型センサ２で測定することにより被測定物１の位置を測定するようになっている。
【００３７】
空間において図１（ａ）に示すように、Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標系をとり、被測定物１はＸ−Ｙ平面に平行であって、静電容量型センサ２は被測定物１のＺ軸正方向（図１（ａ）で上側）に取り付けられているものとする。このターゲット３の形状は、球を被測定物１の面で切り取った形状である。なおターゲット３は導電体で形成され、接地されている。ターゲット３と被測定物１が交わる平面は円となるが、この円の中心ＯがＸ＝０、Ｙ＝０の点にある場合を、被測定物１の基準位置とする。
【００３８】
静電容量型センサ２がターゲット３の上方位置にある状態において、通常は図１（ａ）に示すように、静電容量型センサ２のＸ−Ｙ方向中心位置と前記円の中心Ｏの位置とは、ずれている。この状態で、静電容量型センサ２をＸ方向、Ｙ方向に走査すると、図１（ｂ）に示すような静電容量型センサ２の出力の変化が得られる。
【００３９】
ターゲット３が、球を被測定物１の面（Ｘ−Ｙ平面に平行）で切り取った形状をしているので、静電容量型センサ２をＸ方向に走査したときに、最大の出力を与える点は、静電容量型センサ２のＹ方向位置によらず、ターゲット３のＸ方向中心位置となる。このときのＸの値をＸ０とする。同様、静電容量型センサ２をＹ方向に走査したときに、最大の出力を与える点は、静電容量型センサ２のＸ方向位置によらず、ターゲット３のＹ方向中心位置となる。このときのＹの値をＹ０とする。
【００４０】
次に静電容量型センサ２の位置を（Ｘ０，Ｙ０）に移動する。すると、静電容量型センサ２の中心は、図１（ｃ）に示すように円の中心Ｏに一致する。すなわち、球面であるターゲット３の一番高い位置を測定することになる。この位置でのターゲット３のＺ方向位置と静電容量型センサ２の出力の関係を、予めキャリブレーションで求めておけば、静電容量型センサ２の出力を測定することにより、ターゲット３のＺ方向位置が分かる。この位置をＺ０とするとき、（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）をターゲット３の位置とすることができ、これから被測定物１の３次元方向の位置を知ることができる。
【００４１】
以上の説明においては、ターゲット３の形状は、球を被測定物１の面で切り取った形状であるとしたが、ターゲット３の形状を、その２つの軸がＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ平行な楕円球を被測定物１の面で切り取った形状であるとしても、上記作用効果が得られることは、説明を要しないであろう。なお、静電容量センサを本実施の形態では移動させたが、相対的な位置が変化すれば測定することが可能であり、ターゲット側を移動させることも可能であるし、ターゲットと静電容量センサの両者を移動させても構わない。なお、不図示ではあるが、ターゲットや静電容量センサの移動位置は他の測長装置等で測定するか、移動させるための駆動力、例えば、電流値や電圧値から位置を求めるようにしておく。
【００４２】
以下の説明においては、被測定物１、静電容量型センサ２、ターゲット３の相対関係、及び静電容量型センサ２の走査方法は図１に示したものと同じであり、ターゲット３の形状のみが異なるので、異なる部分についてのみ説明を行う。
【００４３】
図２は、種々のターゲットの例を示す図である。図２（ａ）は４角錐台の形状をしたターゲットであり、上面と下面の矩形の辺の方向が、Ｘ方向、Ｙ方向となっている。このようなターゲットは、Ｘ方向の断面形状が、上面の範囲に属するＹのどの位置で切断した場合でも同じであり、同様Ｙ方向の断面形状が、上面の範囲に属するＸのどの位置で切断しても同じである。
【００４４】
よって、静電容量型センサを、上記のＹのどの位置でＸ方向に走査しても同じ波形の出力が得られると共に、上記のＸのどの位置でＹ方向に走査しても同じ波形の出力が得られる。今、Ｘ方向への走査を考えるものとし、ターゲットのＸ方向切断面の形状が、Ｚ＝ｆ１（Ｘ）で表され、静電容量型センサのＸ方向位置とその出力Ａの関係が、Ａ＝Ａ（ｘ）で表されるものとする。そのとき、ｆ１（Ｘ）とＡ（ｘ）の相互相関をとる。すなわち、
【００４５】
【数１】
2005300330.tif 000003
【００４６】
を求める。そしてＳ（τ）を最大にするτの値を、ターゲットのＸ方向位置とする。同様の測定及び計算をＹ方向に付いても行い、相互相関関数を最大にするτの値を、ターゲットのＹ方向位置とする。ターゲットのＸ方向位置、Ｙ方向位置が定まれば、その中心位置に静電容量型センサを移動することにより、ターゲットの中心に静電容量型センサの位置を合わせることができる。
【００４７】
ターゲットは４角錐台であるので、上面の矩形の面積が広く、この面はＸ−Ｙ平面に平行になっている。よって、前述のように球の一部や楕円球の一部をターゲットとして用いた場合に比して、静電容量型センサのセンサの位置がＸ方向、Ｙ方向に少しずれても、静電容量型センサの出力は変化しないので、ターゲットのＺ方向位置測定精度を向上させることができる。
【００４８】
又、このように、Ｘ方向の断面形状が、所定範囲におけるＹのどの位置で切断した場合でも同じであり、同様Ｙ方向の断面形状が、所定範囲におけるＸのどの位置で切断しても同じであるようなターゲットを用いると、被測定物のＺ軸周りの回転量を求めることもできる。
【００４９】
すなわち、Ｙ方向に所定距離ΔＹだけ離れた位置で、静電容量型センサをＸ方向に変化させることで、各Ｙの位置での、ターゲットのＸ方向中心位置を求め、それらの中心位置の差をΔＸとすると、被測定物のＺ軸周りの回転量θは、
θ＝tan−１（ΔＹ／ΔＸ）
として求めることができる。θを求めるのには、静電容量型センサのＹ方向走査を使用しても、同様に求めることができる。
【００５０】
更に、４角錐台のように、上面の平面が十分広いターゲットを用いれば、同一直線上に無い３つ以上の（Ｘ，Ｙ）の組み合わせについて、それぞれのＺ方向位置を求めることにより、被測定物の傾斜を求めることも可能である。
【００５１】
４角錐台の代わりに、４角柱よりなるターゲットを用いても、全く同じ測定方法により、同じ作用効果が得られることは、説明を要しないであろう。
【００５２】
図２（ｂ）は円錐台の形状をしたターゲットであり、上面と下面がＸ−Ｙ平面に平行になっている。このようなターゲットは、どのＹの値に対応する位置でＸ方向の断面を見ても、その断面が、同じ値のＹの線を対称軸として対称となっている。同様、どのＸの値に対応する位置でＹ方向の断面を見ても、その断面が、同じ値のＹの線を対称軸として対称となっている。
【００５３】
よって、任意の位置において静電容量型センサをＸ方向に走査し、その出力の対称軸となるＸの値を知れば、それがターゲットのＸ方向中心位置Ｘ１であることが分かる。同様、任意の位置において静電容量型センサをＹ方向に走査し、その出力の対称軸となるＹの値を知れば、それがターゲットのＹ方向中心位置Ｙ１であることが分かる。よって、これらの位置から、被測定物のＸ方向、Ｙ方向の位置を知ることができる。
【００５４】
続いて、静電容量型センサの中心位置を（Ｘ１，Ｙ１）とし、その状態での静電容量型センサの出力を測定することにより、ターゲットのＺ方向位置を知ることができ、従って、被測定物のＸ方向、Ｙ方向の位置を知ることができる。静電容量型センサの位置が（Ｘ１，Ｙ１）から多少ずれても測定精度に影響が無いことは、図２（ａ）に示した４角錐台の場合と同じであり、又、Ｚ方向位置を同一直線状にない３点以上で測定することにより、被測定物の傾きを知ることができることも、図２（ａ）に示した４角錐台の場合と同じである。又、円錐台の代わりに、円柱を使用しても同様の作用効果が得られることは説明を要しないであろう。
【００５５】
なお、得られた静電容量型センサの波形から、その対象中心を求める方法は、公知のものを任意に選択して使用できるが、最も簡単なものは、反転相互相関法を使用する方法である。例えばＸ方向走査により得られた静電容量型センサの出力をＢ（ｘ）とするとき、次の式で表される相互相関関数Ｓ’（τ’）を求める。
【００５６】
【数２】
2005300330.tif 000004
【００５７】
そして、この相互相関関数Ｓ’（τ’）を最大にするτ’の１／２の値を対象中心とする。
【００５８】
図２（ｃ）は、Ｘ方向断面形状を見ると、三角波状の凹凸が左右に２つずつあり、中央に平らな部分を有するものであり、Ｙ方向断面を見ると矩形断面であるターゲットである。このようなターゲットのＹ方向位置測定は、図２（ｂ）の説明で説明した方法により行うことができる。
【００５９】
Ｘ方向位置測定は、図２（ａ）の説明で説明した方法で行うことができる。その場合、図２（ｃ）に示すターゲットにおいては、複数の凹凸が形成されているので、これら複数の凹凸に基づいて（例えば前述の相互相関法により）Ｘ方向位置を決定することができ、それだけ精度を上げることができる。なお、明らかなようにＹ方向についても図２（ｃ）に示すＸ方向に配置された複数の凹凸を形成し、Ｙ方向の位置精度を向上させることができる。
【００６０】
Ｚ方向の位置測定は、中央部の広い部分を使用して行うことができるので、静電容量型センサのＸ方向位置、Ｙ方向位置が多少ずれても正確な測定が可能である。中央の平坦部の左右に設けられる凹凸は、任意の形状であっても構わないことは言うまでもない。又、左右対称である場合には、図２（ｂ）の説明で行ったＸ方向位置測定方法が使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】被測定物の位置を、静電容量型センサを走査することにより検出する方法の１例を示す図である。
【図２】種々のターゲットの例を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１…被測定物
２…静電容量型センサ
３…ターゲット
【図１】
2005300330.tif 000005
【図２】
2005300330.tif 000006